JP2000270533A - リニアアクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents
リニアアクチュエータおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】より正確な往復動作のために、選択的に通電さ
れる電流に対する応答時間が短縮されたリニアアクチュ
エータおよびその製造方法を提供することにある。 【解決手段】リニアアクチュエータ１０は、アクチュエ
ータボディ１６に装着される複数の磁気プレート１２お
よび導電性のカバーを有するフェライト磁心１４を備え
て永久磁界を生成する。リニアアクチュエータ１０はさ
らに、外側表面と、内側表面を画成する開口部とを有す
る金属製のボビン２４を備える。さらに、ボビン２４は
その長さ方向の幅の端から端まで延在し、ボビン２４の
内側から外側の表面に横断する間隙を有するように形成
される。絶縁インサート部材が間隙に配置される。巻線
２２はボビン２４の外側表面に巻回されて電磁コイル２
０を形成し、ボビン２４上の電磁コイル２０は摺動可能
にリニアアクチュエータ１０に装着されてボビン２４の
開口部を通るフェライト磁心１４を受け入れる。
れる電流に対する応答時間が短縮されたリニアアクチュ
エータおよびその製造方法を提供することにある。 【解決手段】リニアアクチュエータ１０は、アクチュエ
ータボディ１６に装着される複数の磁気プレート１２お
よび導電性のカバーを有するフェライト磁心１４を備え
て永久磁界を生成する。リニアアクチュエータ１０はさ
らに、外側表面と、内側表面を画成する開口部とを有す
る金属製のボビン２４を備える。さらに、ボビン２４は
その長さ方向の幅の端から端まで延在し、ボビン２４の
内側から外側の表面に横断する間隙を有するように形成
される。絶縁インサート部材が間隙に配置される。巻線
２２はボビン２４の外側表面に巻回されて電磁コイル２
０を形成し、ボビン２４上の電磁コイル２０は摺動可能
にリニアアクチュエータ１０に装着されてボビン２４の
開口部を通るフェライト磁心１４を受け入れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主にリニアアクチュ
エータおよびその製造方法に関する。より詳細には、本
発明は、リニアアクチュエータ内部で電流を選択的に電
磁コイルに通電することにより該コイルを往復動作させ
るリニアアクチュエータおよびその製造方法に関する。
本発明は、限定されるものではないが、特に、コイルに
通電される電流に対する応答時間を短縮させ、所望の往
復動作を妨げる制動力として作用するコイル内の誘導電
流を最小限にすることによってコイルの高速な往復動作
を達成するリニアアクチュエータおよびその製造方法と
して有用である。
エータおよびその製造方法に関する。より詳細には、本
発明は、リニアアクチュエータ内部で電流を選択的に電
磁コイルに通電することにより該コイルを往復動作させ
るリニアアクチュエータおよびその製造方法に関する。
本発明は、限定されるものではないが、特に、コイルに
通電される電流に対する応答時間を短縮させ、所望の往
復動作を妨げる制動力として作用するコイル内の誘導電
流を最小限にすることによってコイルの高速な往復動作
を達成するリニアアクチュエータおよびその製造方法と
して有用である。
【０００２】
【従来の技術】電流を選択的に内部の電磁コイルに通電
してリニアアクチュエータの他の部分に対して該コイル
の往復動作を起こさせるリニアアクチュエータが従来の
技術において良く知られている。また、このタイプのリ
ニアアクチュエータに関して或る種の固有の問題が存在
することについても良く知られている。これらの幾つか
には、電流がコイルに通電された時点と電流が実際にコ
イルに作用して該コイルを動作させる時点との間の好ま
しくない遅延や、電流立ち上がり特性(current onset r
esponse)の問題が含まれる。さらに、コイルが動作中で
ある場合に、コイルの金属部分が電磁コイルの所望の往
復動作を妨げる制動力として作用する誘導電流が生成さ
れる。
してリニアアクチュエータの他の部分に対して該コイル
の往復動作を起こさせるリニアアクチュエータが従来の
技術において良く知られている。また、このタイプのリ
ニアアクチュエータに関して或る種の固有の問題が存在
することについても良く知られている。これらの幾つか
には、電流がコイルに通電された時点と電流が実際にコ
イルに作用して該コイルを動作させる時点との間の好ま
しくない遅延や、電流立ち上がり特性(current onset r
esponse)の問題が含まれる。さらに、コイルが動作中で
ある場合に、コイルの金属部分が電磁コイルの所望の往
復動作を妨げる制動力として作用する誘導電流が生成さ
れる。
【０００３】電磁コイルの電流立ち上がり応答は、τ＝
ＮΦ／ＩＲの関係式で表されるということが確立されて
いる。この関係において、τは、コイルの過渡時定数で
あり、Ｎはコイルの周りの導電性の巻線の巻数であり、
Φは、コイルの磁束であり、Ｉは、コイルに通電される
電流であり、さらに、Ｒはコイルの電気抵抗である。上
述の関係において要求されているように、時定数τは、
コイルの磁束Φに比例している。従って、コイルの磁束
Φが減少すると、電気的過渡時定数τがそれに応じて減
少し、電磁コイルの電流立ち上がり時間が短縮すること
になる。重要なことは、電流立ち上がり時間の短縮によ
り、通電される電流に対してコイルがより迅速に応答す
るということである。従って、コイルの磁束の減少によ
り、選択的に通電される電流に応答したより正確な往復
動作が得られることになる。
ＮΦ／ＩＲの関係式で表されるということが確立されて
いる。この関係において、τは、コイルの過渡時定数で
あり、Ｎはコイルの周りの導電性の巻線の巻数であり、
Φは、コイルの磁束であり、Ｉは、コイルに通電される
電流であり、さらに、Ｒはコイルの電気抵抗である。上
述の関係において要求されているように、時定数τは、
コイルの磁束Φに比例している。従って、コイルの磁束
Φが減少すると、電気的過渡時定数τがそれに応じて減
少し、電磁コイルの電流立ち上がり時間が短縮すること
になる。重要なことは、電流立ち上がり時間の短縮によ
り、通電される電流に対してコイルがより迅速に応答す
るということである。従って、コイルの磁束の減少によ
り、選択的に通電される電流に応答したより正確な往復
動作が得られることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の通り、電流立ち
上がり条件の他に、コイルが動作中である場合に、電磁
コイルの金属部分によって制動力として作用する誘導電
流が生成される。このような制動力は、勿論、コイルの
動作の妨げとなるため、最小限にされるべきものであ
る。考えられる一つの解決法は、コイルに非金属部品を
用いて誘導電流の影響を最小限にすることである。しか
しながら、非金属部品を用いた際には、コイルはアクチ
ュエータの高速動作によって発生しやすい過度の熱に耐
えることができないであろう。さらに、コイルが過度の
熱に耐えることができないのであれば、アクチュエータ
は、最終的には故障することになる。従って、コイルの
製造には、金属製材料を用いることが好ましい。
上がり条件の他に、コイルが動作中である場合に、電磁
コイルの金属部分によって制動力として作用する誘導電
流が生成される。このような制動力は、勿論、コイルの
動作の妨げとなるため、最小限にされるべきものであ
る。考えられる一つの解決法は、コイルに非金属部品を
用いて誘導電流の影響を最小限にすることである。しか
しながら、非金属部品を用いた際には、コイルはアクチ
ュエータの高速動作によって発生しやすい過度の熱に耐
えることができないであろう。さらに、コイルが過度の
熱に耐えることができないのであれば、アクチュエータ
は、最終的には故障することになる。従って、コイルの
製造には、金属製材料を用いることが好ましい。
【０００５】上述された内容に鑑み、本発明の目的は、
より正確な往復動作のために、選択的に通電される電流
に対する応答時間が短縮されたリニアアクチュエータお
よびその製造方法を提供することにある。
より正確な往復動作のために、選択的に通電される電流
に対する応答時間が短縮されたリニアアクチュエータお
よびその製造方法を提供することにある。
【０００６】本発明の他の目的は、リニアアクチュエー
タの高速動作中の極端な温度(extreme temperatures)に
耐えることができ、誘導電流の発生を最小限にとどめる
電磁コイルを備えるリニアアクチュエータおよびその製
造方法を提供することにある。
タの高速動作中の極端な温度(extreme temperatures)に
耐えることができ、誘導電流の発生を最小限にとどめる
電磁コイルを備えるリニアアクチュエータおよびその製
造方法を提供することにある。
【０００７】本発明の別の目的は、高速動作中に元々の
形状を実質的に維持する電磁コイルを備えるリニアアク
チュエータおよびその製造方法を提供することにある。
形状を実質的に維持する電磁コイルを備えるリニアアク
チュエータおよびその製造方法を提供することにある。
【０００８】本発明のまた別の目的は、高速の往復動作
のために軽量の金属ボビンを用いたより耐久性を有する
リニアアクチュエータおよびその製造方法を提供するこ
とにある。
のために軽量の金属ボビンを用いたより耐久性を有する
リニアアクチュエータおよびその製造方法を提供するこ
とにある。
【０００９】最後に、本発明のさらに別の目的は、事実
上使用が容易であり、相対的に製造が簡易であり、比較
的にコスト効率に優れたリニアアクチュエータおよびそ
の製造方法を提供することにある。
上使用が容易であり、相対的に製造が簡易であり、比較
的にコスト効率に優れたリニアアクチュエータおよびそ
の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明のリニアアクチュエータは、ボディと、前
記ボディに装着され、フェライト磁心を備えて永久磁界
を生成する磁気部材と、外側表面および長さ方向の幅を
有し、長さ方向の軸を規定するボビンと、前記ボビンの
前記外側表面の周りに巻回されて電流を受け入れる導電
性の巻線と、前記巻線に接続されて前記電流を前記巻線
に通電させることによって、前記永久磁界と相互作用す
る磁界を生成して前記ボビンを移動させる電気的手段と
を備え、前記ボビンが前記ボディに摺動可能に装着さ
れ、前記軸に沿って前記ボビンを貫通する開口部を有す
るように形成されて前記フェライト磁心を受け入れ、前
記開口部が前記ボビンの内側表面を形成し、前記ボビン
が前記長さ方向の幅の端から端まで前記軸と実質的に平
行に延在して前記ボビンの前記外側表面から前記内側表
面に横断する間隙を有するように形成されることを特徴
とする。
めに、本発明のリニアアクチュエータは、ボディと、前
記ボディに装着され、フェライト磁心を備えて永久磁界
を生成する磁気部材と、外側表面および長さ方向の幅を
有し、長さ方向の軸を規定するボビンと、前記ボビンの
前記外側表面の周りに巻回されて電流を受け入れる導電
性の巻線と、前記巻線に接続されて前記電流を前記巻線
に通電させることによって、前記永久磁界と相互作用す
る磁界を生成して前記ボビンを移動させる電気的手段と
を備え、前記ボビンが前記ボディに摺動可能に装着さ
れ、前記軸に沿って前記ボビンを貫通する開口部を有す
るように形成されて前記フェライト磁心を受け入れ、前
記開口部が前記ボビンの内側表面を形成し、前記ボビン
が前記長さ方向の幅の端から端まで前記軸と実質的に平
行に延在して前記ボビンの前記外側表面から前記内側表
面に横断する間隙を有するように形成されることを特徴
とする。
【００１１】本発明によれば、ボビンを横断する間隙の
作用下に、ボビンの周方向に沿って流れる電流（誘導電
流）の流路が遮断されてボビンの往復動作を妨げる制動
力が抑制されるために、従来技術と比較して前記ボビン
のより高速な往復動作が可能となる。
作用下に、ボビンの周方向に沿って流れる電流（誘導電
流）の流路が遮断されてボビンの往復動作を妨げる制動
力が抑制されるために、従来技術と比較して前記ボビン
のより高速な往復動作が可能となる。
【００１２】さらに、本発明のリニアアクチュエータ
は、ボディと、前記ボディに装着され、導電性のカバー
で積層されたフェライト磁心を備えて永久磁界を生成す
る磁気部材と、外側表面および長さ方向の幅を有し、長
さ方向の軸を規定するボビンと、前記ボビンの前記外側
表面の周りに巻回されて電流を受け入れる導電性の巻線
と、前記巻線に接続されて前記電流を前記巻線に通電さ
せることによって、前記永久磁界と相互作用する磁界を
生成して前記ボビンを移動させる電気的手段とを備え、
前記ボビンが前記ボディに摺動可能に装着され、前記軸
に沿って前記ボビンを貫通する開口部を有するように形
成されて前記フェライト磁心を受け入れ、前記開口部が
前記ボビンの内側表面を形成することを特徴とする。
は、ボディと、前記ボディに装着され、導電性のカバー
で積層されたフェライト磁心を備えて永久磁界を生成す
る磁気部材と、外側表面および長さ方向の幅を有し、長
さ方向の軸を規定するボビンと、前記ボビンの前記外側
表面の周りに巻回されて電流を受け入れる導電性の巻線
と、前記巻線に接続されて前記電流を前記巻線に通電さ
せることによって、前記永久磁界と相互作用する磁界を
生成して前記ボビンを移動させる電気的手段とを備え、
前記ボビンが前記ボディに摺動可能に装着され、前記軸
に沿って前記ボビンを貫通する開口部を有するように形
成されて前記フェライト磁心を受け入れ、前記開口部が
前記ボビンの内側表面を形成することを特徴とする。
【００１３】本発明のこの構成により、フェライト磁心
に積層された導電性のカバーによって導電性の巻線によ
る磁束の発生が減少し、従来技術と比較して前記巻線に
通電された電流の立ち上がり特性が改善され、応答時間
を減少させることができる。
に積層された導電性のカバーによって導電性の巻線によ
る磁束の発生が減少し、従来技術と比較して前記巻線に
通電された電流の立ち上がり特性が改善され、応答時間
を減少させることができる。
【００１４】さらに、本発明のリニアアクチュエータの
製造方法は、ボディを設けるステップと、前記ボディに
フェライト磁心を含む磁気部材を装着して前記アクチュ
エータ内の永久磁界を生成するステップと、前記ボディ
に長尺なボビンを摺動可能に装着するステップと、前記
ボビンに間隙を設けるステップと、前記ボディの外側表
面に巻線を巻回するステップと、前記巻線を選択的に通
電して前記永久磁界と相互作用する磁界を生成し、前記
ボビンを移動させるステップ、とからなるリニアアクチ
ュエータの製造方法であって、前記ボビンが長さ方向の
幅および外側表面を有し、長さ方向の軸を規定し、前記
軸に沿って前記ボビンを貫通する開口部を有するように
形成されて前記フェライト磁心を受け入れ、前記開口部
が前記ボビンの内側表面を形成し、前記間隙が前記長さ
方向の幅の端から端まで前記軸と実質的に平行に延在し
て前記ボビンの前記外側表面から前記内側表面に横断す
ることを特徴とする。
製造方法は、ボディを設けるステップと、前記ボディに
フェライト磁心を含む磁気部材を装着して前記アクチュ
エータ内の永久磁界を生成するステップと、前記ボディ
に長尺なボビンを摺動可能に装着するステップと、前記
ボビンに間隙を設けるステップと、前記ボディの外側表
面に巻線を巻回するステップと、前記巻線を選択的に通
電して前記永久磁界と相互作用する磁界を生成し、前記
ボビンを移動させるステップ、とからなるリニアアクチ
ュエータの製造方法であって、前記ボビンが長さ方向の
幅および外側表面を有し、長さ方向の軸を規定し、前記
軸に沿って前記ボビンを貫通する開口部を有するように
形成されて前記フェライト磁心を受け入れ、前記開口部
が前記ボビンの内側表面を形成し、前記間隙が前記長さ
方向の幅の端から端まで前記軸と実質的に平行に延在し
て前記ボビンの前記外側表面から前記内側表面に横断す
ることを特徴とする。
【００１５】本発明によれば、長さ方向の幅の端から端
まで長さ方向の軸と実質的に平行に延在し、且つ、ボビ
ンの外側表面から内側表面に横断する間隙をボビンに形
成し、このような簡単な構造からなるリニアアクチュエ
ータを製造することにより、ボビンの変位速度をより一
層高速化することができる。
まで長さ方向の軸と実質的に平行に延在し、且つ、ボビ
ンの外側表面から内側表面に横断する間隙をボビンに形
成し、このような簡単な構造からなるリニアアクチュエ
ータを製造することにより、ボビンの変位速度をより一
層高速化することができる。
【００１６】本発明およびその新規な特徴は、その構造
および動作の両者に関して、以下の説明とともに同一の
部品に同一の参照符号を付した添付の図面を参照するこ
とにより、最も良く理解できるであろう。
および動作の両者に関して、以下の説明とともに同一の
部品に同一の参照符号を付した添付の図面を参照するこ
とにより、最も良く理解できるであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係るリニア
アクチュエータは、アクチュエータボディの内部で永久
磁界を生成する磁気部材を備える。磁気部材は、磁界の
生成のためにフェライト磁心およびボディの上に装着さ
れて該磁心を囲繞する複数の磁気プレートを備える。本
発明の好ましい実施の形態においては、フェライト磁心
に銅製の導電性のカバーがラミネート、すなわち、積層
されている。
アクチュエータは、アクチュエータボディの内部で永久
磁界を生成する磁気部材を備える。磁気部材は、磁界の
生成のためにフェライト磁心およびボディの上に装着さ
れて該磁心を囲繞する複数の磁気プレートを備える。本
発明の好ましい実施の形態においては、フェライト磁心
に銅製の導電性のカバーがラミネート、すなわち、積層
されている。
【００１８】本発明の実施の形態では、リニアアクチュ
エータは、さらに開口部を有するように形成されたボビ
ンを備える。詳細には、この開口部は、ボビンを通って
ボビンの長手軸に沿って延在してボビンの開口部を囲繞
する内側表面を形成している。さらに、ボビンは、その
長さ方向の幅の端から端まで、且つ、ボビンの長さ方向
の軸と実質的に平行に間隙が設けられるように形成され
ている。本発明の好ましい実施の形態において、この間
隙は、ボビンの内側表面および外側表面の間でボビンを
横断しており、通常はプラスチックである誘電性の材料
で構成された絶縁インサート部材によってこの間隙が塞
がれる。さらに、導電性の巻線がボビンの外側表面に巻
回されることにより電磁コイルが形成され、コイルは摺
動可能にアクチュエータボディに装着されて、その中を
通過するフェライト磁心を受け入れる。最後に、電源が
巻線に接続される。
エータは、さらに開口部を有するように形成されたボビ
ンを備える。詳細には、この開口部は、ボビンを通って
ボビンの長手軸に沿って延在してボビンの開口部を囲繞
する内側表面を形成している。さらに、ボビンは、その
長さ方向の幅の端から端まで、且つ、ボビンの長さ方向
の軸と実質的に平行に間隙が設けられるように形成され
ている。本発明の好ましい実施の形態において、この間
隙は、ボビンの内側表面および外側表面の間でボビンを
横断しており、通常はプラスチックである誘電性の材料
で構成された絶縁インサート部材によってこの間隙が塞
がれる。さらに、導電性の巻線がボビンの外側表面に巻
回されることにより電磁コイルが形成され、コイルは摺
動可能にアクチュエータボディに装着されて、その中を
通過するフェライト磁心を受け入れる。最後に、電源が
巻線に接続される。
【００１９】本発明の実施形態に係るリニアアクチュエ
ータの動作においては、電流が選択的に電磁コイルの巻
線に通電されてコイルの周囲に磁界が生成される。コイ
ルの周囲に生成されたこの磁界は、磁気部材によって生
成されたアクチュエータ内部の永久磁界と相互作用す
る。結果として、コイルを動かす力が生成され、この生
成された力の大きさおよび方向は、電流を選択的に通電
させることにより操作される。この方法によって、アク
チュエータの往復動作が、稼動付属部品、好ましくは、
コイルに取付けられたロッドに与えられ、対象物に対し
て所望の効果を与えることが達成される。
ータの動作においては、電流が選択的に電磁コイルの巻
線に通電されてコイルの周囲に磁界が生成される。コイ
ルの周囲に生成されたこの磁界は、磁気部材によって生
成されたアクチュエータ内部の永久磁界と相互作用す
る。結果として、コイルを動かす力が生成され、この生
成された力の大きさおよび方向は、電流を選択的に通電
させることにより操作される。この方法によって、アク
チュエータの往復動作が、稼動付属部品、好ましくは、
コイルに取付けられたロッドに与えられ、対象物に対し
て所望の効果を与えることが達成される。
【００２０】フェライト磁心上の導電性の銅製のカバー
によってコイルの磁束が減少され、通電された電流に対
するコイルの応答時間が減少する。そこで、コイルが動
作中である場合に、ボビンの間隙および該間隙を塞ぐ絶
縁インサート部材によってボビンの周りの電流の通路が
遮断されることにより、ボビン上の誘導電流の生成が概
ね防止される。結果として、電磁コイルの往復動作を妨
げかねない誘導電流によるアクチュエータ内部の制動力
がかなり減少される。応答時間の改善および制動力の減
少により、本発明の実施形態に係るリニアアクチュエー
タの正確且つ高速な動作が達成される。
によってコイルの磁束が減少され、通電された電流に対
するコイルの応答時間が減少する。そこで、コイルが動
作中である場合に、ボビンの間隙および該間隙を塞ぐ絶
縁インサート部材によってボビンの周りの電流の通路が
遮断されることにより、ボビン上の誘導電流の生成が概
ね防止される。結果として、電磁コイルの往復動作を妨
げかねない誘導電流によるアクチュエータ内部の制動力
がかなり減少される。応答時間の改善および制動力の減
少により、本発明の実施形態に係るリニアアクチュエー
タの正確且つ高速な動作が達成される。
【００２１】そこで、図１を参照すると、本発明の実施
の形態に係るリニアアクチュエータが参照符号１０によ
って概ね示されている。概略的には、磁気プレート１２
ａおよび磁気プレート１２ｂが代表的に示されている複
数の磁気プレート１２は、フェライト磁心１４を囲繞し
ている。磁気プレート１２およびフェライト磁心１４は
アクチュエータボディ１６に装着されている。電磁コイ
ル２０はボビン２４の周りに巻回される巻線２２を含ん
でいる。本発明の実施の形態においては、この電磁コイ
ル２０はフェライト磁心１４の周りに設けられ、磁気プ
レート１２およびフェライト磁心１４の間に位置してい
る。さらに、ボビン２４が変位ユニット２６の上に装着
ねじ２８によって装着されている。この変位ユニット２
６は、図１に示されているように、リニアガイド３２に
沿って摺動するベアリング３０を備えている。この構成
によって、電磁コイル２０が前記リニアアクチュエータ
１０の往復動作のために装着される。
の形態に係るリニアアクチュエータが参照符号１０によ
って概ね示されている。概略的には、磁気プレート１２
ａおよび磁気プレート１２ｂが代表的に示されている複
数の磁気プレート１２は、フェライト磁心１４を囲繞し
ている。磁気プレート１２およびフェライト磁心１４は
アクチュエータボディ１６に装着されている。電磁コイ
ル２０はボビン２４の周りに巻回される巻線２２を含ん
でいる。本発明の実施の形態においては、この電磁コイ
ル２０はフェライト磁心１４の周りに設けられ、磁気プ
レート１２およびフェライト磁心１４の間に位置してい
る。さらに、ボビン２４が変位ユニット２６の上に装着
ねじ２８によって装着されている。この変位ユニット２
６は、図１に示されているように、リニアガイド３２に
沿って摺動するベアリング３０を備えている。この構成
によって、電磁コイル２０が前記リニアアクチュエータ
１０の往復動作のために装着される。
【００２２】図２を参照すると、電磁コイル２０のボビ
ン２４がより詳細に示されている。ボビン２４は、該ボ
ビン２４の内側表面３８を形成する長さ方向の軸３６に
沿って延在する開口部３４を備えるように形成されてい
る。さらに、ボビン２４は、該ボビン２４の長さ方向の
幅４４の端から端まで延在し、長さ方向の軸３６に実質
的に平行な間隙４２を有するように形成されている。こ
の間隙４２は、ボビン２４の内側表面３８および外側表
面４０のそれぞれを横断してリニアアクチュエータ１０
の動作中にボビン２４の外側表面４０の周りの誘導電流
の流れを防止する。このことを行うために、間隙４２は
矢印４８で示される方向の誘導電流の流れを遮断する。
図２に示されているように、絶縁インサート部材５０が
間隙４２を塞ぎ、ボビン２４の外側表面４０の周りの誘
導電流の流れをさらに防いでいる。本発明の好ましい実
施の形態においては、ボビン２４はアルミニウムや、チ
タンのような軽量の金属から作られ、絶縁インサート部
材５０は、誘電性の材料から作られる。
ン２４がより詳細に示されている。ボビン２４は、該ボ
ビン２４の内側表面３８を形成する長さ方向の軸３６に
沿って延在する開口部３４を備えるように形成されてい
る。さらに、ボビン２４は、該ボビン２４の長さ方向の
幅４４の端から端まで延在し、長さ方向の軸３６に実質
的に平行な間隙４２を有するように形成されている。こ
の間隙４２は、ボビン２４の内側表面３８および外側表
面４０のそれぞれを横断してリニアアクチュエータ１０
の動作中にボビン２４の外側表面４０の周りの誘導電流
の流れを防止する。このことを行うために、間隙４２は
矢印４８で示される方向の誘導電流の流れを遮断する。
図２に示されているように、絶縁インサート部材５０が
間隙４２を塞ぎ、ボビン２４の外側表面４０の周りの誘
導電流の流れをさらに防いでいる。本発明の好ましい実
施の形態においては、ボビン２４はアルミニウムや、チ
タンのような軽量の金属から作られ、絶縁インサート部
材５０は、誘電性の材料から作られる。
【００２３】図３には、本発明の実施の形態に係るリニ
アアクチュエータ１０の磁気プレート１２、フェライト
磁心１４、および電磁コイル２０の配置がより詳細に示
されている。図３に示されているように、導電性のカバ
ー５２がフェライト磁心１４の表面に積層されている。
この導電性のカバー５２は、好ましくは銅のような導電
性の材料から作られる。この構成により、リニアアクチ
ュエータ１０の動作中に電磁コイル２０の通電された電
流に対する応答時間が短縮される。 ［動作の説明］本発明の形態に係るリニアアクチュエー
タ１０の動作に関し、図１を再び参照すると、電源５６
から導線５８を介して巻線２２が選択的に通電されてい
る。これらの導線５８は、アクチュエータボディ１６お
よび磁気プレート１２の間の開口部６０を通り、電源５
６を巻線２２と接続する。通電がなされると、この電流
は、巻線２２の周りに矢印６２で示される方向に磁界を
生成する。通電によって生成されたこの磁界は、磁気プ
レート１２およびフェライト磁心１４によって生成され
たリニアアクチュエータ１０内の矢印６４で示された永
久磁界と相互作用する。永久磁界と通電による磁界のこ
の相互作用により、電磁コイル２０に作用する力が生成
される。
アアクチュエータ１０の磁気プレート１２、フェライト
磁心１４、および電磁コイル２０の配置がより詳細に示
されている。図３に示されているように、導電性のカバ
ー５２がフェライト磁心１４の表面に積層されている。
この導電性のカバー５２は、好ましくは銅のような導電
性の材料から作られる。この構成により、リニアアクチ
ュエータ１０の動作中に電磁コイル２０の通電された電
流に対する応答時間が短縮される。 ［動作の説明］本発明の形態に係るリニアアクチュエー
タ１０の動作に関し、図１を再び参照すると、電源５６
から導線５８を介して巻線２２が選択的に通電されてい
る。これらの導線５８は、アクチュエータボディ１６お
よび磁気プレート１２の間の開口部６０を通り、電源５
６を巻線２２と接続する。通電がなされると、この電流
は、巻線２２の周りに矢印６２で示される方向に磁界を
生成する。通電によって生成されたこの磁界は、磁気プ
レート１２およびフェライト磁心１４によって生成され
たリニアアクチュエータ１０内の矢印６４で示された永
久磁界と相互作用する。永久磁界と通電による磁界のこ
の相互作用により、電磁コイル２０に作用する力が生成
される。
【００２４】電磁コイル２０に作用する力は、電磁コイ
ル２０を矢印６６で示された方向に動作するように付勢
する。電源５６からの電流が巻線２２に通電された電流
の方向を逆転させるように切り替えられた場合には、生
成された力も逆転され、電磁コイル２０を矢印６６で示
された反対の方向に付勢する。従って、電磁コイル２０
の往復動作は、リニアアクチュエータ１０の電磁コイル
２０に選択的な電流の通電を行うことによって達成され
る。往復動作から有用な仕事を得るために、好ましくは
ロッド６７のようなワーキングアタッチメントが図１に
示されるように電磁コイル２０の変位ユニット２６に取
り付けられる。
ル２０を矢印６６で示された方向に動作するように付勢
する。電源５６からの電流が巻線２２に通電された電流
の方向を逆転させるように切り替えられた場合には、生
成された力も逆転され、電磁コイル２０を矢印６６で示
された反対の方向に付勢する。従って、電磁コイル２０
の往復動作は、リニアアクチュエータ１０の電磁コイル
２０に選択的な電流の通電を行うことによって達成され
る。往復動作から有用な仕事を得るために、好ましくは
ロッド６７のようなワーキングアタッチメントが図１に
示されるように電磁コイル２０の変位ユニット２６に取
り付けられる。
【００２５】上述のようにリニアアクチュエータ１０の
動作の際には、電磁コイル２０に電流が通電される時点
と、電流が実際に電磁コイル２０を動かす時点との間に
時間遅延が存在する。この時間遅延は、電流の立ち上が
り特性の関数である。図３を概略的に参照すると、導電
性のカバー５２がフェライト磁心１４に積層されている
際には、矢印６８で示された電流が電磁コイル２０に通
電されると、矢印７２で示された渦電流が導電性のカバ
ー５２の表面５５上に形成される。導電性のカバー５２
の表面５５上のこれらの渦電流は、当初、電磁コイル２
０の磁束を減少させる。なぜならば、電磁コイル２０の
磁束は電流の立ち上がり特性に比例しており、電磁コイ
ル２０の磁束の減少により、電流の立ち上がり特性が減
少するからである。このように、電磁コイル２０が通電
された電流に対してより迅速に応答し、リニアアクチュ
エータ１０の正確、且つ、高速な往復動作が達成され
る。
動作の際には、電磁コイル２０に電流が通電される時点
と、電流が実際に電磁コイル２０を動かす時点との間に
時間遅延が存在する。この時間遅延は、電流の立ち上が
り特性の関数である。図３を概略的に参照すると、導電
性のカバー５２がフェライト磁心１４に積層されている
際には、矢印６８で示された電流が電磁コイル２０に通
電されると、矢印７２で示された渦電流が導電性のカバ
ー５２の表面５５上に形成される。導電性のカバー５２
の表面５５上のこれらの渦電流は、当初、電磁コイル２
０の磁束を減少させる。なぜならば、電磁コイル２０の
磁束は電流の立ち上がり特性に比例しており、電磁コイ
ル２０の磁束の減少により、電流の立ち上がり特性が減
少するからである。このように、電磁コイル２０が通電
された電流に対してより迅速に応答し、リニアアクチュ
エータ１０の正確、且つ、高速な往復動作が達成され
る。
【００２６】図２を概略的に参照すると、リニアアクチ
ュエータ１０が動作中である場合に、他の方法ではボビ
ン２４の外側表面４０の周りに流れる誘導電流が生成さ
れていない。誘導電流が生成されないのは間隔４２およ
び絶縁インサート部材５０がボビン２４の外側表面４０
の周囲の電流の流路を遮断するからである。電磁コイル
２０に誘導電流が生成されないため、電磁コイル２０の
動作を妨げる誘導電流によって生成される制動力が最小
限になる。この方法によって、リニアアクチュエータ１
０の正確で高速な動作が達成される。
ュエータ１０が動作中である場合に、他の方法ではボビ
ン２４の外側表面４０の周りに流れる誘導電流が生成さ
れていない。誘導電流が生成されないのは間隔４２およ
び絶縁インサート部材５０がボビン２４の外側表面４０
の周囲の電流の流路を遮断するからである。電磁コイル
２０に誘導電流が生成されないため、電磁コイル２０の
動作を妨げる誘導電流によって生成される制動力が最小
限になる。この方法によって、リニアアクチュエータ１
０の正確で高速な動作が達成される。
【００２７】図４は、本発明の実施の形態に係るリニア
アクチュエータ１０の性能に付与される積層された導電
性のカバー５２、間隙４２および絶縁インサート部材５
０のそれぞれの効果を示している。詳細には、図４は、
時間（軸７４）および変位量（軸７６）を関数とした通
電される電流に対するリニアアクチュエータ１０の応答
に関するグラフである。さらに、図４は、様々な構成の
リニアアクチュエータ１０のステップ状直流電圧入力
（図示せず）に一定電圧４８ボルト（４８Ｖ）を印加し
た際のアクチュエータ１０の応答を示している。より詳
細には、性能曲線７８は、ボビン２４の間隙４２と、フ
ェライト磁心１４上の導電性のカバー５２とのいずれも
有さないリニアアクチュエータ１０の応答を描いてい
る。同様に、性能曲線８０は、間隙４２および絶縁イン
サート部材５０を有するが、導電性のカバー５２を備え
ていないリニアアクチュエータ１０の応答を描いてい
る。最後に、性能曲線８２は、間隙４２および絶縁イン
サート部材５０を有するボビン２４と、導電性のカバー
５２を有するフェライト磁心１４との両方を備えたリニ
アアクチュエータ１０の応答を示している。
アクチュエータ１０の性能に付与される積層された導電
性のカバー５２、間隙４２および絶縁インサート部材５
０のそれぞれの効果を示している。詳細には、図４は、
時間（軸７４）および変位量（軸７６）を関数とした通
電される電流に対するリニアアクチュエータ１０の応答
に関するグラフである。さらに、図４は、様々な構成の
リニアアクチュエータ１０のステップ状直流電圧入力
（図示せず）に一定電圧４８ボルト（４８Ｖ）を印加し
た際のアクチュエータ１０の応答を示している。より詳
細には、性能曲線７８は、ボビン２４の間隙４２と、フ
ェライト磁心１４上の導電性のカバー５２とのいずれも
有さないリニアアクチュエータ１０の応答を描いてい
る。同様に、性能曲線８０は、間隙４２および絶縁イン
サート部材５０を有するが、導電性のカバー５２を備え
ていないリニアアクチュエータ１０の応答を描いてい
る。最後に、性能曲線８２は、間隙４２および絶縁イン
サート部材５０を有するボビン２４と、導電性のカバー
５２を有するフェライト磁心１４との両方を備えたリニ
アアクチュエータ１０の応答を示している。
【００２８】図４に示されているように、性能曲線７
８、８０および８２は、電磁コイル２０が他の部分から
１０ｍｍ変位するために要する時間を示している。間隙
４２と導電性のカバー５２とのいずれも有さないリニア
アクチュエータ１０において、性能曲線７８に示されて
いるように、１０ｍｍの変位に要する時間は１７．４ｍ
ｓである。性能曲線８０に示されているように、電磁コ
イル２０のボビン２４に間隙４２を形成し、該間隙４２
を絶縁インサート部材５０で塞いだ場合には、電磁コイ
ル２０の変位に要する時間は、１５．８ｍｓにまで短縮
される。性能曲線８２に示されているように、本発明の
好ましい実施の形態においては、間隙４２および絶縁イ
ンサート部材５０を有するボビン２４と、導電性のカバ
ー５２を有するフェライト磁心１４とを備えるリニアア
クチュエータ１０では、１０ｍｍの変位に要する時間
は、１４．７ｍｓになる。従って、本発明の実施の形態
おいては、同じ電流入力の条件で、電磁コイル２０の所
定の距離の変位に要する時間は、かなり短縮されてい
る。換言すれば、本発明の実施の形態に係るリニアアク
チュエータ１０は、間隙４２を有するボビン２４と導電
性のカバー５２のフェライト磁心１４のいずれも備えて
いないアクチュエータ１０に対して高速動作が可能であ
り、より優れた加速度を有している。従って、リニアア
クチュエータ１０の正確且つ高速な往復動作が達成され
る。
８、８０および８２は、電磁コイル２０が他の部分から
１０ｍｍ変位するために要する時間を示している。間隙
４２と導電性のカバー５２とのいずれも有さないリニア
アクチュエータ１０において、性能曲線７８に示されて
いるように、１０ｍｍの変位に要する時間は１７．４ｍ
ｓである。性能曲線８０に示されているように、電磁コ
イル２０のボビン２４に間隙４２を形成し、該間隙４２
を絶縁インサート部材５０で塞いだ場合には、電磁コイ
ル２０の変位に要する時間は、１５．８ｍｓにまで短縮
される。性能曲線８２に示されているように、本発明の
好ましい実施の形態においては、間隙４２および絶縁イ
ンサート部材５０を有するボビン２４と、導電性のカバ
ー５２を有するフェライト磁心１４とを備えるリニアア
クチュエータ１０では、１０ｍｍの変位に要する時間
は、１４．７ｍｓになる。従って、本発明の実施の形態
おいては、同じ電流入力の条件で、電磁コイル２０の所
定の距離の変位に要する時間は、かなり短縮されてい
る。換言すれば、本発明の実施の形態に係るリニアアク
チュエータ１０は、間隙４２を有するボビン２４と導電
性のカバー５２のフェライト磁心１４のいずれも備えて
いないアクチュエータ１０に対して高速動作が可能であ
り、より優れた加速度を有している。従って、リニアア
クチュエータ１０の正確且つ高速な往復動作が達成され
る。
【００２９】ここに詳細に開示されているような特定の
リニアアクチュエータおよびその製造方法によれば、前
述の目的および効果を達成するのに十分であるが、それ
は、本発明の現時点での好ましい実施の形態が例示され
ているに過ぎず、付随する請求項の記載以外には構成も
しくは設計の詳細に如何なる限定をも加えるように意図
されているものではないことを理解されたい。
リニアアクチュエータおよびその製造方法によれば、前
述の目的および効果を達成するのに十分であるが、それ
は、本発明の現時点での好ましい実施の形態が例示され
ているに過ぎず、付随する請求項の記載以外には構成も
しくは設計の詳細に如何なる限定をも加えるように意図
されているものではないことを理解されたい。
【図１】明瞭化のために部分的に切欠されたリニアアク
チュエータの斜視図である。
チュエータの斜視図である。
【図２】ボビンおよび絶縁インサート部材の斜視図であ
る。
る。
【図３】リニアアクチュエータの電磁コイル、磁気プレ
ートおよびフェライト磁心の分解斜視図である。
ートおよびフェライト磁心の分解斜視図である。
【図４】リニアアクチュエータの変位量に対する時間の
グラフであり、間隙および絶縁インサート部材を有する
ボビンと導電カバーを有するフェライト磁心との双方を
備えたリニアアクチュエータと、間隙および絶縁インサ
ート部材を有するボビンを備えるが導電カバーを備えて
いないリニアアクチュエータと、間隙および絶縁インサ
ート部材を有するボビンと導電カバーとのいずれも備え
ていないアクチュエータとの性能データ曲線が描かれて
いる。
グラフであり、間隙および絶縁インサート部材を有する
ボビンと導電カバーを有するフェライト磁心との双方を
備えたリニアアクチュエータと、間隙および絶縁インサ
ート部材を有するボビンを備えるが導電カバーを備えて
いないリニアアクチュエータと、間隙および絶縁インサ
ート部材を有するボビンと導電カバーとのいずれも備え
ていないアクチュエータとの性能データ曲線が描かれて
いる。
１０…リニアアクチュエータ １２、１２ａ、１２ｂ
…磁気プレート １４…フェライト磁心 １６…アクチュエータ
ボディ ２０…電磁コイル ２２…巻線 ２４…ボビン ２６…変位ユニット ２８…装着ねじ ３０…ベアリング ３２…リニアガイド ３４、６０…開口部 ３６…長さ方向の軸 ３８…内側表面 ４０…外側表面 ４２…間隙 ４４…長さ方向の幅 ４８、６２、６４、６６、６８、７２…矢印 ５０…絶縁インサート部材 ５２…導電性のカバー ５４、５５…表面 ５６…電源 ５８…導線 ６７…ロッド ７４、７６…軸 ７８、８０、８２…性
能曲線
…磁気プレート １４…フェライト磁心 １６…アクチュエータ
ボディ ２０…電磁コイル ２２…巻線 ２４…ボビン ２６…変位ユニット ２８…装着ねじ ３０…ベアリング ３２…リニアガイド ３４、６０…開口部 ３６…長さ方向の軸 ３８…内側表面 ４０…外側表面 ４２…間隙 ４４…長さ方向の幅 ４８、６２、６４、６６、６８、７２…矢印 ５０…絶縁インサート部材 ５２…導電性のカバー ５４、５５…表面 ５６…電源 ５８…導線 ６７…ロッド ７４、７６…軸 ７８、８０、８２…性
能曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード エー．ネフ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92067、ランチョ サンタ フェ、エル カミノ リアル 16535 Ｆターム(参考） 5H641 BB06 BB07 BB18 GG03 GG05 GG08 GG10 GG11 GG12 GG16 GG17 HH02 HH05 JA02 JA03 JA09
Claims (20)
- 【請求項１】ボディと、 前記ボディに装着され、フェライト磁心を備えて永久磁
界を生成する磁気部材と、 外側表面および長さ方向の幅を有し、長さ方向の軸を規
定するボビンと、 前記ボビンの前記外側表面の周りに巻回されて電流を受
け入れる導電性の巻線と、 前記巻線に接続されて前記電流を前記巻線に通電させる
ことによって、前記永久磁界と相互作用する磁界を生成
して前記ボビンを移動させる電気的手段とを備え、 前記ボビンが前記ボディに摺動可能に装着され、前記軸
に沿って前記ボビンを貫通する開口部を有するように形
成されて前記フェライト磁心を受け入れ、前記開口部が
前記ボビンの内側表面を形成し、前記ボビンが前記長さ
方向の幅の端から端まで前記軸と実質的に平行に延在し
て前記ボビンの前記外側表面から前記内側表面に横断す
る間隙を有するように形成されることを特徴とするリニ
アアクチュエータ。 - 【請求項２】請求項１記載のリニアアクチュエータにお
いて、 前記フェライト磁心に積層された導電性のカバーをさら
に備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項３】請求項２記載のリニアアクチュエータにお
いて、 前記導電性のカバーが銅で作られていることを特徴とす
るリニアアクチュエータ。 - 【請求項４】請求項１記載のリニアアクチュエータにお
いて、 前記間隙の中に前記間隙を塞ぐように配置されて前記間
隙に渡る電気の通電を遮断する絶縁インサート部材をさ
らに備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項５】請求項４記載のリニアアクチュエータにお
いて、前記絶縁インサート部材が誘電材料で作られてい
ることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項６】請求項１記載のリニアアクチュエータにお
いて、前記ボビンがアルミニウムで作られていることを
特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項７】請求項１記載のリニアアクチュエータにお
いて、前記ボビンに装着されて動作するワーキングアタ
ッチメントをさらに備えることを特徴とするリニアアク
チュエータ。 - 【請求項８】請求項７記載のリニアアクチュエータにお
いて、前記ワーキングアタッチメントがロッドであるこ
とを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項９】ボディと、 前記ボディに装着され、導電性のカバーで積層されたフ
ェライト磁心を備えて永久磁界を生成する磁気部材と、 外側表面および長さ方向の幅を有し、長さ方向の軸を規
定するボビンと、 前記ボビンの前記外側表面の周りに巻回されて電流を受
け入れる導電性の巻線と、 前記巻線に接続されて前記電流を前記巻線に通電させる
ことによって、前記永久磁界と相互作用する磁界を生成
して前記ボビンを移動させる電気的手段とを備え、 前記ボビンが前記ボディに摺動可能に装着され、前記軸
に沿って前記ボビンを貫通する開口部を有するように形
成されて前記フェライト磁心を受け入れ、前記開口部が
前記ボビンの内側表面を形成することを特徴とするリニ
アアクチュエータ。 - 【請求項１０】請求項９記載のリニアアクチュエータに
おいて、前記導電性のカバーが銅で作られていることを
特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項１１】請求項９記載のリニアアクチュエータに
おいて、 前記ボビンが前記長さ方向の幅の端から端まで前記軸と
実質的に平行に延在して前記ボビンの前記外側表面から
前記内側表面に横断する間隙を有するように形成される
ことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項１２】請求項９記載のリニアアクチュエータに
おいて、 前記間隙の中に前記間隙を塞ぐように配置されて前記間
隙に渡る電気の通電を遮断する絶縁インサート部材をさ
らに備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項１３】請求項１２記載のリニアアクチュエータ
において、前記絶縁インサート部材が誘電材料で作られ
ていることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項１４】請求項９記載のリニアアクチュエータに
おいて、前記ボビンがアルミニウムで作られていること
を特徴とするリニアアクチュエータ。 - 【請求項１５】請求項９記載のリニアアクチュエータに
おいて、前記ボビンに装着されて動作するワーキングア
タッチメントをさらに備えることを特徴とするリニアア
クチュエータ。 - 【請求項１６】ボディを設けるステップと、 前記ボディにフェライト磁心を含む磁気部材を装着して
前記アクチュエータ内の永久磁界を生成するステップ
と、 前記ボディに長尺なボビンを摺動可能に装着するステッ
プと、 前記ボビンに間隙を設けるステップと、 前記ボディの外側表面に巻線を巻回するステップと、 前記巻線を選択的に通電して前記永久磁界と相互作用す
る磁界を生成し、前記ボビンを移動させるステップと、 からなるリニアアクチュエータの製造方法であって、 前記ボビンが長さ方向の幅および外側表面を有し、長さ
方向の軸を規定し、前記軸に沿って前記ボビンを貫通す
る開口部を有するように形成されて前記フェライト磁心
を受け入れ、前記開口部が前記ボビンの内側表面を形成
し、前記間隙が前記長さ方向の幅の端から端まで前記軸
と実質的に平行に延在して前記ボビンの前記外側表面か
ら前記内側表面に横断することを特徴とするリニアアク
チュエータの製造方法。 - 【請求項１７】請求項１６記載の方法において、 前記フェライト磁心に導電性のカバーを積層するステッ
プをさらに含むことを特徴とするリニアアクチュエータ
の製造方法。 - 【請求項１８】請求項１７記載の方法において、 前記導電性のカバーが銅で作られていることを特徴とす
るリニアアクチュエータの製造方法。 - 【請求項１９】請求項１７記載の方法において、 前記間隙内に絶縁インサート部材を配置するステップを
さらに含むことを特徴とするリニアアクチュエータの製
造方法。 - 【請求項２０】請求項１９記載の方法において、 前記絶縁インサート部材が誘電性の材料で作られている
ことを特徴とするリニアアクチュエータの製造方法。
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